CN103511179B - 一种垂直轴风力发电机风轮结构及其安装方法 - Google Patents

一种垂直轴风力发电机风轮结构及其安装方法 Download PDF

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Abstract

一种垂直轴风力发电机风轮结构及其安装方法，Φ形风轮的叶片呈弓形，由弦及对应的弧所构成；叶片由两个以上的叶片单元连接而成，叶片单元之间的连接处设有支臂，支臂两端分别与弦和弧连接，叶片单元由被分割的弦段、被分割的弧段及支臂围成；所述叶片单元的弦段的上、下两端分别设有行走小车，相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构。其安装方法包括以下步骤：利用垂直轴风力发电机的中心塔柱顶部的起重机将每个叶片单元依次吊装，以完成整一个叶片的安装；然后按照同样的方法将风轮的其他叶片吊装，以完成整个风轮的安装。体积更小的叶片单元能够有效解决大型垂直轴风力发电机风轮运输及安装较难的问题。

Description

一种垂直轴风力发电机风轮结构及其安装方法
技术领域
本发明涉及垂直轴风力发电机，尤其是大型垂直轴风力发电机风轮结构及其安装方法。
背景技术
目前，垂直轴风力发电机的的风轮形状千姿百态，如像扇形结构、帆形结构、Φ形结构等，在这些风轮结构中，Φ形结构对风能的利用率最高，现有垂直轴风力发电机中，一般都采用Φ形结构的风轮。为了降低用电成本，垂直轴风力发电机的发电功率需要不断的提升，目前来说只有大型的风力发电机才能满足高功率发电的需求，因此，风力发电机的体积也变得越来越大。大型的垂直轴风力发电机相对于小型的来说虽然单位时间发电量更多，可以降低发电成本；但由于其体积较大，在运输及安装过程会比较麻烦，在这些环节当中会增加发电成本。如何降低大型垂直轴风力发电机运输及安装成本成为当前研究大型垂直轴风力发电机方向之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种垂直轴风力发电机风轮结构，能够有效解决大型垂直轴风力发电机风轮运输及安装较难的问题，进一步降低发电成本。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种垂直轴风力发电机风轮安装方法，能够有效解决大型垂直轴风力发电机风轮运输及安装较难的问题，进一步降低发电成本。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力发电机风轮结构，所述风轮为Φ形风轮，其由两片以上的叶片组合而成；所述叶片呈弓形，由弦及对应的弧所构成；所述叶片由两个以上的叶片单元连接而成，叶片单元上于叶片单元之间的连接处设有支臂，所述支臂两端分别与所述叶片的弦和弧连接，所述叶片单元由被分割的弦段、被分割的弧段及支臂围成；所述叶片单元的弦段的上、下两端分别设有行走小车，相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构。
作为改进，所述第一连接结构包括设于相邻叶片单元的弧段的连接端的法兰盘，所述连接法兰上设有螺孔。
作为改进，所述第二连接结构由设于相邻叶片单元的相邻行走小车之间的卡合结构形成。
作为改进，所述行走小车上设有电动锁，所述电动锁包括控制器、执行机构和与执行机构连接的锁栓。
为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案是：一种垂直轴风力发电机风轮的安装方法，所述风轮为Φ形风轮，其由两片以上的叶片组合而成；所述叶片呈弓形，由弦及对应的弧所构成；所述叶片由两个以上的叶片单元连接而成，叶片单元上于叶片单元之间的连接处设有支臂，所述支臂两端分别与所述叶片的弦和弧连接，所述叶片单元由被分割的弦段、被分割的弧段及支臂围成；所述叶片单元的弦段的上、下两端分别设有行走小车，相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构；其安装方法包括以下步骤：
（1）利用垂直轴风力发电机的中心塔柱顶部的起重机将第一个叶片单元吊装到中心塔柱上，吊装过程中，叶片单元的行走小车在中心塔柱上设有的导轨上行走，直到第一个叶片单元位置确定后停止，并将第一个叶片单元固定在导轨上；
（2）利用起重机将第二个叶片单元吊装到中心塔柱上，吊装过程中，叶片单元的行走小车在中心塔柱上设有的导轨上行走，直到第二个叶片单元位置确定后停止，将第二个叶片单元固定在导轨上，并且利用第一连接结构和第二连接结构将第二个叶片单元与第一个叶片单元连接起来；
（3）按照步骤（2）的方法，将剩余的叶片单元顺序吊装到中心塔柱上并安装，以完成一个叶片的安装；
（4）安装上述步骤（1）~（3），完成风轮的其他叶片安装。
作为改进，所述第一连接结构包括设于相邻叶片单元的弧段的连接端的法兰盘，所述连接法兰上设有螺孔。
作为改进，所述第二连接结构由设于相邻叶片单元的相邻行走小车之间的卡合结构形成。
作为改进，所述行走小车上设有电动锁，所述电动锁包括控制器、执行机构和与执行机构连接的锁栓；所述导轨上设有锁孔，叶片单元吊装到指定位置后，控制器控制执行机构动作，执行机构将锁栓推出行走小车并伸入导轨的锁孔内，以完成叶片单元与导轨之间的固定。
作为改进，所述导轨内设有导向片，所述行走小车上设有导向槽，叶片单元沿着导轨行走时，导向片与导向槽配合。
作为改进，所述导轨主体为槽钢，槽钢开口两侧相对延伸设有挡块。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
Φ形风轮由若干叶片组成，每个叶片由若干叶片单元组成，体积更小的叶片单元能够有效解决大型垂直轴风力发电机风轮运输及安装较难的问题，进一步降低发电成本。
附图说明
图1为垂直轴风力发电机结构示意图。
图2为叶片结构示意图。
图3为叶片的弧分解图。
图4为垂直轴风力发电机的俯视图。
图5为图7的A处放大图。
图6为行走小车连接的示意图。
图7为起重机结构示意图。
图8为叶片的安装步骤I。
图9为叶片的安装步骤II。
图10为叶片的安装步骤III。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种垂直轴风力发电机，包括中心塔柱1，所述中心塔柱1上设有两个以上的发电单元，本实施例中，所述中心塔柱1为空心的钢筋混凝土中心塔柱1，所述中心塔柱1上设有两个呈上下设置的发电单元。所述发电单元包括风轮、发电机5和安装平台3，所述风轮下端与水平设置的主齿轮连接，所述主齿轮通过齿轮传动系统与水平或垂直设置的发电机5连接，所述发电机5安装在安装平台3上，所述安装平台3与中心塔柱1一体灌浆成型，且安装平台3上设有供叶片通过的过道，吊装叶片2时，叶片2可以通过该过道穿过安装平台3。
所述中心塔柱1表面轴向固定设有若干导轨7，导轨7的数量根据风轮叶片2数量设置，风轮中的每一个叶片2对应一条导轨7。所述导轨7主体为槽钢71，槽钢71开口两侧相对延伸设有挡块73；导轨7的中间设有导向片72。所述导轨7上设有锁孔。
如图2、3所示，所述风轮为Φ形风轮，其由两片以上的叶片2组合而成，本实施例的Φ形风轮由两片对称设置的叶片2组成。所述叶片2呈弓形，由弦及对应的弧所构成；所述叶片2由两个以上的叶片单元上下连接而成，本实施例的叶片2由三个叶片单元21、22、23连接而成，其中为处于上端的第一叶片单元21、处于中间的第二叶片单元22、以及处于下端的第三叶片单元23；第一叶片单元21下端的连接端设有支臂213，所述支臂213两端分别与第一叶片单元21的弦段212和弧段211连接；第二叶片单元22的上、下连接端设有支臂223，所述支臂223两端分别与第二叶片单元22的弦段222和弧段221连接；第三叶片单元23上端的连接端设有支臂233，所述支臂233两端分别与第三叶片单元23的弦段232和弧段231连接。
第一叶片单元21的弦段212的上、下两端分别设有行走小车6；第二叶片单元22的弦段222的上、下两端分别设有行走小车6；第三叶片单元23的弦段232的上、下两端分别设有行走小车6。相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构。如图3所示，本实施例中，所述第一连接结构为第一叶片单元21的弧段211下端与第二叶片单元22的弧段221上端设置的连接法兰9、第二叶片单元22的弧段221下端与第三叶片单元23的弧段231上端设置的连接法兰9，所述连接法兰9上设有螺孔，相邻叶片单元的弧段就通过连接法兰9进行连接。如图6所示，所述第二连接结构为第一叶片单元21下端的行走小车6与第二叶片单元22上端的行走小车6之间的卡合结构、第二叶片单元22下端的行走小车6与第三叶片单元23上端的行走小车6之间的卡合结构。
如图8所示，所述卡合结构包括行走小车6上端设有凸出部64，下端设有凹陷部65，凸出部64形状与凹陷部65形状相契合。相邻行走小车6相互卡合时，处于下方的行走小车6的凸出部64插入处于上方的行走小车6的凹陷部65中，然后在两个行走小车的连接处利用连接螺栓8将两个行走小车6连接起来，从而完成相邻叶片单元的弦段的连接。所述行走小车6上设有电动锁，所述电动锁包括控制器（未标示）、执行机构（未标示）和与执行机构连接的锁栓63，电动锁的锁栓63与导轨7侧面上的锁孔配合。
如图7所示，所述起重机4包括回转塔架47、起重臂44、平衡臂45、平衡重46、起重小车43、小车行走机构、吊钩42、拉索41、起升机构48和控制系统；所述起重臂44和平衡臂45安装在回转塔架47上，平衡重46安装在平衡臂45的一端，小车行走机构设置在起重臂44上，起重小车43设置在小车行走机构上，吊钩42设置在起重小车43下方，吊钩42与所述拉索一端连接，拉索的另一端与起升机构48连接。
风轮的安装方法包括以下步骤：
如图4、5、8所示，（1）利用垂直轴风力发电机的中心塔柱1顶部的起重机4将第一叶片单元21吊装到中心塔柱1上，吊装过程中，第一叶片单元21的行走小车6通过滚轮62在中心塔柱1的导轨7上行走，导向片72与行走小车6上的导向槽61配合，起到对叶片单元导向的作用，直到第一叶片单元21位置确定后停止，控制器控制执行机构动作，执行机构将锁栓63推出行走小车6并伸入导轨7的锁孔内，以完成第一叶片单元21与导轨7之间的固定；导轨7开口侧的挡块73对行走小车同样起到限制作用，防止行走小车6脱离导轨7；
如图9所示，（2）利用起重机4将第二叶片单元22吊装到中心塔柱1上，吊装过程中，第二叶片单元22的行走小车6在中心塔柱1的导轨7上行走，直到第二叶片单元22位置确定后停止，利用电动锁将第二叶片单元22固定在导轨7上，并且利用第一连接结构和第二连接结构将第二叶片单元22与第一叶片单元21连接起来；
如图10所示，（3）利用起重机4将第三叶片单元23吊装到中心塔柱1上，吊装过程中，第三叶片单元23的行走小车6在中心塔柱1的导轨7上行走，直到第三叶片单元23位置确定后停止，利用电动锁将第三叶片单元23固定在导轨7上，并且利用第一连接结构和第二连接结构将第三叶片单元23与第二叶片单元22连接起来，以完成整一个叶片的安装；
（4）安装上述步骤（1）~（3），完成风轮的其他叶片安装。
拆卸叶片2的步骤是按照先拆卸第三叶片单元23，在拆卸第二叶片单元22，最后拆卸第一叶片单元21。在遭遇强风时，通过拆卸风轮来保护发电机及叶片免受损坏。
本发明Φ形风轮由若干叶片组成，每个叶片由若干叶片单元组成，体积更小的叶片单元能够有效解决大型垂直轴风力发电机风轮运输及安装较难的问题，进一步降低发电成本。

Claims (6)

1.一种垂直轴风力发电机风轮结构，所述风轮为Φ形风轮，其由两片以上的叶片组合而成；其特征在于：所述叶片呈弓形，由弦及对应的弧所构成；所述叶片由两个以上的叶片单元连接而成，叶片单元上于叶片单元之间的连接处设有支臂，所述支臂两端分别与所述叶片的弦和弧连接，所述叶片单元由被分割的弦段、被分割的弧段及支臂围成；所述叶片单元的弦段的上、下两端分别设有行走小车，相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构；
所述第一连接结构包括设于相邻叶片单元的弧段的连接端的法兰盘，所述法兰盘上设有螺孔；
所述第二连接结构由设于相邻叶片单元的相邻行走小车之间的卡合结构形成。
2.根据权利要求1所述的一种垂直轴风力发电机风轮结构，其特征在于：所述行走小车上设有电动锁，所述电动锁包括控制器、执行机构和与执行机构连接的锁栓。
3.一种垂直轴风力发电机风轮的安装方法，所述风轮为Φ形风轮，其由两片以上的叶片组合而成；其特征在于：所述叶片呈弓形，由弦及对应的弧所构成；所述叶片由两个以上的叶片单元连接而成，叶片单元上于叶片单元之间的连接处设有支臂，所述支臂两端分别与所述叶片的弦和弧连接，所述叶片单元由被分割的弦段、被分割的弧段及支臂围成；所述叶片单元的弦段的上、下两端分别设有行走小车，相邻叶片单元的弧段上设有第一连接结构，相邻叶片单元的弦段上设有第二连接结构；所述第一连接结构包括设于相邻叶片单元的弧段的连接端的法兰盘，所述连接法兰上设有螺孔；所述第二连接结构由设于相邻叶片单元的相邻行走小车之间的卡合结构形成；其安装方法包括以下步骤：
（1）利用垂直轴风力发电机的中心塔柱顶部的起重机将第一个叶片单元吊装到中心塔柱上，吊装过程中，叶片单元的行走小车在中心塔柱上设有的导轨上行走，直到第一个叶片单元位置确定后停止，并将第一个叶片单元固定在导轨上；
（2）利用起重机将第二个叶片单元吊装到中心塔柱上，吊装过程中，叶片单元的行走小车在中心塔柱上设有的导轨上行走，直到第二个叶片单元位置确定后停止，将第二个叶片单元固定在导轨上，并且利用第一连接结构和第二连接结构将第二个叶片单元与第一个叶片单元连接起来；
（3）按照步骤（2）的方法，将剩余的叶片单元顺序吊装到中心塔柱上并安装，以完成一个叶片的安装；
（4）安装上述步骤（1）~（3），完成风轮的其他叶片安装。
4.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机风轮的安装方法，其特征在于：所述行走小车上设有电动锁，所述电动锁包括控制器、执行机构和与执行机构连接的锁栓；所述导轨上设有锁孔，叶片单元吊装到指定位置后，控制器控制执行机构动作，执行机构将锁栓推出行走小车并伸入导轨的锁孔内，以完成叶片单元与导轨之间的固定。
5.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机风轮的安装方法，其特征在于：所述导轨内设有导向片，所述行走小车上设有导向槽，叶片单元沿着导轨行走时，导向片与导向槽配合。
6.根据权利要求3所述的一种垂直轴风力发电机风轮的安装方法，其特征在于：所述导轨主体为槽钢，槽钢开口两侧相对延伸设有挡块。
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